(57)【要約】      （修正有）【課題】カラーフィルタの着色画素等、ガラス基板上に溶媒を含む塗布液を塗布して樹脂膜が形成された被処理物をプリベークするにあたって、樹脂膜の膜厚を面内均一にして、かつ基板搬出後の排気時間を短くするプリベーク方法及びそれに用いる装置を提供する。【解決手段】ガラス基板上に溶媒を含む塗布液を塗布して樹脂膜が形成された被処理物をプリベークするプリベーク方法において、前記被処理物をプリベーク装置内のホットプレートの基板格納スペースに搬入し、前記被処理物を前記ホットプレートのリフトピン上に保持した状態で強制排気を行わずに一定時間加熱した後、該リフトピンを下降させて前記被処理物をホットプレート上に載置した状態で、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を行いながら一定時間加熱し、その後前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出し、さらに、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を一定時間行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に溶媒を含む塗布液を塗布して樹脂膜が形成された被処理物をプリベークするプリベーク方法において、
前記被処理物をプリベーク装置内のホットプレートの基板格納スペースに搬入し、前記被処理物を前記ホットプレートのリフトピン上に保持した状態で強制排気を行わずに一定時間加熱した後、該リフトピンを下降させて前記被処理物をホットプレート上に載置した状態で、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を行いながら一定時間加熱し、その後前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出し、さらに、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を一定時間行うことを特徴とするプリベーク方法。
【請求項２】
前記強制排気の流量を、前記被処理物をホットプレート上に載置した状態と、プリベーク終了後前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出した後とで、２段階に変化させることを特徴とする請求項1に記載するプリベーク方法。
【請求項３】
前記被処理物をホットプレート上に載置した状態での排気流量が、前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出した後での全排気流量を１００として、３０％〜７０％とし、加熱温度を８０度以上１３０度以下とする事を特徴とする請求項1または２に記載するプリベーク方法。
【請求項４】
前記被処理物が、インクジェット方式で製作されるカラーフィルタの、ガラス基板に着色画素用ＲＧＢインキが塗布された後のプリベーク被処理物であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載するプリベーク方法。
【請求項５】
請求項１〜３に記載するプリベーク方法で、前記基板格納スペースから強制排気を行う排気口が、前記基板格納スペースの被処理物の搬入・搬出口側と反対側に少なくとも1箇所以上設置されている事を特徴とするプリベーク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板上に塗布された樹脂膜に対して熱処理を施して、樹脂膜に含まれている溶媒を蒸発させるためのプリベーク方法およびこのプリベーク方法を行うためのプリベーク装置に関する。具体的には、カラーテレビ、パーソナルコンピューターの液晶ディスプレー等に用いられるカラーフィルタの、インクジェット法により形成されたＲＧＢ画素膜等に対して好適なプリベーク方法およびプリベーク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図２は、図１に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。 図１、及び図２に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、一般に、ガラス基板（１）上にブラックマトリックス（２）、着色画素（３）透明導電膜（４）が順次に形成されたものである。 図１、及び図２はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（３）は実際のカラーフィルタにおいては、１７型の画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。ブラックマトリックス（２）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（３）は、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（４）は、透明な電極として設けられたものである。
【０００３】
液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成し、次に、このブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。 近年製造されている大型カラーフィルタ製造方法は大きく、フォトリソグラフィ法とインクジェット法に分類される。
【０００４】
ブラックマトリックス（２）は、着色画素（３）間のマトリックス部（５）と、着色画素（３）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（６）とで構成されている。ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。
【０００５】
ガラス基板上へのブラックマトリックスの形成は、例えば、ガラス基板上に金属薄膜を形成し、この金属薄膜をフォトエッチングすることによって形成するといった方法がとられている。 或いは、ガラス基板上に、ブラックマトリックス形成用の黒色フォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックスを形成するといった方法がとられている。
【０００６】
カラーフィルタ作成方法の一つであるインクジェット法においては、ブラックマトリクスに撥インク性を持たせる事で、着色画素部分にインクを塗布した際に他の着色画素部分と混色しないようにする。撥インク性は着色画素の塗布工程終了後、ベーク処理、紫外線（ＵＶ）処理などで除去される。
【０００７】
樹脂を用いて形成されたブラックマトリックスを樹脂ブラックマトリックスと称する。例えば、テレビなどのように、高輝度なバックライトを用いた際に、クロムなどの金属をブラックマトリックスとして用いたときに起こる液晶表示装置での内部反射を抑制するために、低反射の樹脂ブラックマトリックスが要望される。或いは、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ
Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｃｈｉｎｇ）方式に用いたときに起こる液晶表示装置での電界の乱
れを抑制するために、高絶縁性の樹脂ブラックマトリックスが要望される場合などに採用されている。
【０００８】
また、ガラス基板が大型化するのに伴い、ブラックマトリックスの材料としてクロムなどの金属を用い真空装置で薄膜を成膜するブラックマトリックスよりも、黒色フォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によって形成する樹脂ブラックマトリックスの方が価格的に有利なものとなり、次第に樹脂ブラックマトリックスへと移行が進んでいる。また、環境に配慮してクロムなどの金属を用いることを回避する傾向にある。
【０００９】
フォトリソグラフィ法における着色画素の形成は、このブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストを用いてガラス基板に塗工装置にて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素をR、G、Bと順次形成する。
【００１０】
着色画素の製造方法として、フォトリソグラフィ法ではなく、インクジェット法による着色画素の形成も行なわれている。インクジェット方式は記録媒体とR、G、Bの各色に複数のノズルを直線状に配列したインクジェットヘッドが相対的に主走査方向に往復移動し、副走査方向に間欠的に設定量ずつ送る記録媒体送り手段を備え、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させつつ該ヘッドからインク液を記録媒体に公知のように圧力発生器でインクを所定圧で加圧し、その圧力に基づいてインクをノズル形成面にあるノズルから記録媒体に向けてコントロールされた大きさのインク滴として吐出して各色に複数の着色部を同時に着色する。
【００１１】
次に、透明導電膜の形成は、ブラックマトリックス、着色画素が形成されたガラス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用い、スパッタリング法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
【００１２】
上記ブラックマトリックス、着色画素、及び付随する各層をフォトリソグラフィ法によりパターンとして形成する際には、例えば、先ずガラス基板に対して必要に応じた洗浄処理を施し、続いて塗布装置によるフォトレジストの塗布、減圧乾燥装置による予備乾燥処理、プリベーク装置によるプリベーク処理、露光装置によるパターン露光、現像処理ユニットによる現像処理、加熱ユニットによるポストベーク処理が順次に施され、ガラス基板に所定のパターンを形成する。
【００１３】
上記フォトレジストの塗布直後は、フォトレジストの塗膜は乾燥していないために流動性があり、次工程へガラス基板を搬送した場合には、搬送中に塗膜の膜厚が変化し易く膜厚にムラを発生させることがある。予備乾燥処理は、この搬送に伴う塗膜の膜厚の変化を防止するために、塗膜中の溶剤を減圧下で半ば蒸発させる予備的な乾燥処理である。
【００１４】
次工程のプリベーク処理は、塗膜中の溶剤を加熱によって蒸発させる本格的な乾燥処理である。塗膜中の溶剤が残留していると、フォトレジストの感度は著しく低下し、加えてガラス基板への接着力が弱まるので、塗膜中に溶剤が残留することは好ましいことではない。
【００１５】
これに対して、インクジェット法によりパターンとして形成する際には、フォトリソグラフィ法と異なる点として、減圧乾燥、露光処理、現像処理を行なわない所がある。つまり、ガラス基板の洗浄処理、インクジェット塗布装置によるインク塗布、プリベーク装置によるプリベーク処理、加熱ユニットによるポストベーク処理となる。ただし、減圧乾燥は行なってもよい工程であるが、インクジェット法においては各セル内にR、G、Bを塗布し、ブラックマトリクスに撥インク性を持たせてあるため、各セルをインクが乗り越えさ
えしなければ膜厚に変化は無いので、通常、装置コストやランニングコスト等の関係で削減されている事が多い。
【００１６】
ところで、上記プリベーク装置においては、塗布膜を熱処理するに際して乾燥むらが発生しやすい問題がある。一般に、従来のプリベーク装置には、加熱チャンバー内に蒸発した溶媒成分を装置外へ排出するために、排気設備が設けられている。この排気を基板焼成中に取り続けると、加熱チャンバー内は蒸発溶媒の排気圧による気流が発生し易い状態となり、排気口付近の温度が低下するなど温度を一定に保つのが困難となる。基板焼成温度が変化すると、溶媒成分の蒸発量が異なり、その乾燥むらに対応して膜厚にばらつきが生じるので、基板の着色画素等の膜厚を性格に形成することが困難となる。インクジェット法でＲＧＢの各インキを塗布し、減圧乾燥を行わない場合には、上記した問題が特に問題となる。
【００１７】
そこで、基板焼成中は排気を取らずに、基板搬出後に排気を取り、次の基板を搬入する方法がある。この場合、基板搬出後に排気を取る時間が短いと、加熱チャンバー内の溶媒成分が取りきれず、連続で基板を焼成する事で溶媒成分が飽和し、基板焼成中に溶媒が加熱チャンバー上部の天井から垂れてしまう問題が発生する問題がある。溶媒が基板に垂れると、その基板は不良品となる。排気設備で排気を取る事で、加熱チャンバー内の雰囲気は飽和せず、液だれは起きないが、上記した温度ばらつきによる膜厚の面内変動の問題がある。
【００１８】
そこで、特許文献１には、炉内温度を制御しながら加熱し、開口部からの自然排気と、この開口部から離間した箇所の強制吸気口からの排気圧に応じた開閉弁の制御を組み合わせることで、基板上に形成された樹脂膜を乾燥むらが生じないように熱処理することができるプリベーク装置が開示されている。しかしながら、この方法によっても基板面内の温度ばらつきを改善することはできず、バラツキを減らすために、かえってタクトが伸びてしまい、充分な効果が得られない問題がある。
【特許文献１】特開２００１−３０５５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記した、微妙な乾燥むらに起因する膜厚のバラツキが、色むらや、パネルギャップすなわち液晶厚みの変動による、液晶表示パネルにおける表示むらとなり、重大な品質低下を招く問題があった。また、近年、カラー液晶表示装置は、大型薄型テレビ市場の拡大につれて、用いるガラス基板は年々大型化し、最近では第６世代（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、あるいは第８世代（２１６０ｍｍ×２４００ｍｍ）と呼ばれる大型ガラス基板が使われており、更には、第１０世代（２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）の生産が準備されており、この面内ばらつきを抑制することが重要となっている。プリベーク工程の時間短縮は勿論、通常目視検査やパネル製作後の表示検査で始めて検出される、プリベーク工程に起因する膜厚バラツキを低減することが、液晶パネルの主要構成部品であるカラーフィルタの品質向上とコストダウンにつながる。
【００２０】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、液晶ディスプレー等に用いられるカラーフィルタの着色画素等、ガラス基板上に溶媒を含む塗布液を塗布して樹脂膜が形成された被処理物をプリベークするにあたって、樹脂膜の膜厚を面内均一にして、かつ基板搬出後の排気時間を短くするプリベーク方法及びそれに用いる装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の請求項１に係る発明は、ガラス基板上に溶媒を含む塗布液を塗布して樹脂膜が形成された被処理物をプリベークするプリベーク方法において、前記被処理物をプリベーク装置内のホットプレートの基板格納スペースに搬入し、前記被処理物を前記ホットプレートのリフトピン上に保持した状態で強制排気を行わずに一定時間加熱した後、該リフトピンを下降させて前記被処理物をホットプレート上に載置した状態で、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を行いながら一定時間加熱し、その後前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出し、さらに、該ホットプレートの基板格納スペースから強制排気を一定時間行うことを特徴とするプリベーク方法である。
【００２２】
また、本発明は上記請求項１に係る発明において、前記強制排気の流量を、前記被処理物をホットプレート上に載置した状態と、プリベーク終了後前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出した後とで、２段階に変化させることを特徴とするプリベーク方法である。
【００２３】
また、本発明は上記請求項１または２に係る発明において、前記被処理物をホットプレート上に載置した状態での排気流量が、前記被処理物を前記基板格納スペースから搬出した後での全排気流量を１００として、３０％〜７０％とし、加熱温度を８０度以上１３０度以下とする事を特徴とするプリベーク方法である。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記被処理物が、インクジェット方式で製作されるカラーフィルタの、ガラス基板に着色画素用ＲＧＢインキが塗布された後のプリベーク被処理物であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載するプリベーク方法である。
【００２５】
次に、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜３に記載するプリベーク方法で、前記基板格納スペースから強制排気を行う排気口が、前記基板格納スペースの被処理物の搬入・搬出口側と反対側に少なくとも1箇所以上設置されている事を特徴とするプリベーク装置である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のプリベーク方法は、未硬化の樹脂膜をプリベークする工程において、目標焼成時間前半は排気を引かず、ホットプレートの昇温むら、及びホットプレートとの不均一接触による温度むらを直接受けない状態で焼成する。焼成時間の後半においてホットプレートと密着し排気を引く事で、基板樹脂膜の膜厚均一性を損なうことなく、加熱チャンバー内の溶媒雰囲気を排出する事が可能となる。
【００２７】
また、本発明のプリベーク方法は、排気を引く量を段階的に調整する事で、加熱チャンバーにて焼成中は少ない排気量で排気を引き、基板搬出時には排気を全開で引く事で、焼成中の温度変化を少なくする事が可能となる。
【００２８】
また、本発明のプリベーク装置は、加熱チャンバー内に設置された排気設備の強制排気を行う排気口が基板搬入・搬出口と反対側に設けられている事により、加熱チャンバー内の温度変化が基板搬入・搬出口と排気ダクト周辺で低下するが、前後どちらかに偏った温度変化が無い事で加熱チャンバー内の温度の均一性が保たれる。
【００２９】
すなわち、本発明によれば、基板上に形成された未硬化の樹脂膜をプリベークするに際して、基板面内の温度変化を少なくする事で、膜厚バラツキを抑えつつ、溶媒の飽和による液だれを防止しながらも生産タクトを向上させる事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明のプリベーク方法及びプリベーク装置を、一実施形態に基づいて、図面を参照しながら以下に説明する。
【００３１】
図３は、本発明によるプリベーク装置の一例の概略を示す断面図である。図３に示すように、プリベーク装置（１０）は、加熱チャンバー（１１）と冷却チャンバー（１２）で構成されている。加熱チャンバー（１０）内には、ホットプレート（１３）を上部に備えたバキューム・テーブル（１４）が設けられており、また、冷却チャンバー（１２）内には、クールプレート（１５）を上部に備えたバキューム・テーブル（１６）が設けられている。そして、加熱チャンバー（１１）の基板格納スペースから強制排気を行う排気口（１７）が、矢印で示す被処理物の搬入・搬出口側と反対側に少なくとも1箇所以上設置されている。
【００３２】
図４は、図３中のホットプレート（１３）を上部に備えた図示しないバキューム・テーブル（１４）部分の一例を概略で示す断面図である。移載機構によってガラス基板（１）がリフトピン（１９）上に受け渡された段階を示した物である。リフトピン（１９）は、ホットプレート（１３）に対し、垂直方向に昇降自在であり、ガラス基板（１）が受け渡された後にホットプレート（１３）上に置かれる。リフトピン（１９）が昇降する開口とは別に、リフトピン（１９）の上部がホットプレート内にまで下降した後に、ガラス基板（１）とホットプレート（１３）の間の空気を吸引する吸着孔（１８）がある。
【００３３】
図５は、インクジェット方式でのカラーフィルタの画素形成過程を断面で示した概念図で、前記した図２ではＹ−Ｙ‘に相当する断面から見た状態である。図５（ａ）は、ガラス基板に着色画素であるR、G、B色素をインクジェット方式にてインクジェットヘッド（２０）から塗布を行ない、インク液滴（２１）が撥インク性層（２２）のあるブラックマトリクスのセル（２３）内に着弾される事を示す断面図である。図５（ｂ）、は着弾後のセルの様子で、各セルに樹脂剤である着色画素が塗られている事を示す断面図である。この基板がプリベーク装置により焼成されると、着色画素に含まれる溶媒成分が蒸発し、図５（ｃ）に示す様に膜厚は薄くなる。
【００３４】
ガラス基板に樹脂膜である、着色画素が塗布された後に、ガラス基板はプリベーク装置に搬送される。ガラス基板が受け渡された後に、リフトピン（１９）上に基板が乗っている状態でまずホットプレート（１３）が８０度〜１３０度に加熱される。加熱温度は液量、液の種類で変動するが、インクジェット方式の着色画素形成用インキの溶媒は、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートに代表される、沸点の高い溶媒が用いられるため、８０度以下では溶媒の蒸発・乾燥速度が遅く、また、１３０度を超えると樹脂膜の表面が粗くなる問題がある。ここで、基板をすぐにホットプレート（１３）上において加熱すると、ホットプレート盤面にあいている吸着孔（１８）の箇所は温度が上昇しない為に、ムラとなるためである。リフトピン（１９）上で昇温することにより、吸着孔（１８）のムラは無くなる。その後、リフトピン（１９）は下降し、ホットプレート（１３）上に置かれる。
【００３５】
このとき強制排気を、基板挿入後焼成開始時から始めると、急激な溶媒蒸発による気流の乱れが発生し、また、排気口付近の温度が低下する。基板焼成温度が変化すると、溶媒成分の蒸発量が異なり、基板の着色画素の膜厚が変化してしまう。そこで、基板焼成開始から一定時間は排気を行わず、ホットプレートの温度が均一になり、基板がホットプレート（１３）上に載置された状態で開始する。図６は加熱チャンバー（１１）内での溶媒の蒸発状態を概念的に示した模式図である。図６（ａ）の加熱中自然排気のみ、あるいは図６（ｂ）に概念的に示す様に、加熱チャンバー内の雰囲気が飽和して、液だれ（２４）が起きる状態と異なり、本発明では、図６（ｃ）に示すように、基板がホットプレート（１３）上に載置された状態で初めて強制排気を行なう。
【００３６】
一定時間焼成した所で、排気設備により、加熱チャンバー（１１）内の排気が行なわれるが、通常、およそ１００ｓ位、排気を行なう前にリフトピン（１９）に保持された状態で一定時間焼成する事で、溶媒は概ね蒸発し、更に、基板がホットプレート（１３）上に載置された状態で、一定温度で焼成する事で膜厚は均一になる。ただし、この時の排気量は全開ではなく、全開時を１００とした場合の３０％〜７０％で、ある程度抑えられた排気量となる。これは７０％を超えた流量で排気すると温度変化が著しくなり、一定時間焼成した基板においてもムラが発生してしまう為である。また、排気量が３０％未満と少ないと乾燥・焼成効果が得られない。
【００３７】
その後、設定時間焼成した基板を搬出し、冷却チャンバー（１２）に搬送される。搬出後は、排気量を全開にして、加熱チャンバー（１１）内の溶媒雰囲気を排出する。ここまでのタイムチャートを図７に示した。焼成時間は塗布液量によって異なる為、塗布液量に合わせた排気タイミングが必要となる。一例を示すと、焼成トータル時間が２００ｓに対して、焼成開始から１００ｓはリフトピン上昇位置で加熱し、その後リフトピンを下降しホットプレート上で焼成しながら、排気を半開で１００ｓ引く。そして基板搬出後１００ｓ排気を全開で取る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図。
【図２】図１に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図。
【図３】本発明によるプリベーク装置の一例の概略を示す断面図。
【図４】ホットプレートとリフトピンの一例の概略を示す断面図。
【図５】インクジェット方式でのカラーフィルタの画素形成過程を断面で示した概念図。
【図６】加熱チャンバー内での溶媒の蒸発状態を概念的に示した模式図。
【図７】ガラス基板焼成の一例のタイムチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・ガラス基板    ２・・・ブラックマトリクス    ３・・・着色画素
４・・・透明導電膜    ５・・・マトリックス部    ６・・・額縁部
１０・・・プリベーク装置    １１・・・加熱チャンバー    １２・・・冷却チャンバー１３・・・ホットプレート    １４・・・ホットプレートバキューム・テーブル
１５・・・クールプレート    １６・・・クールプレートバキューム・テーブル
１７・・・排気設備    １８・・・吸着孔    １９・・・リフトピン
２０・・・インクジェットヘッド    ２１・・・インク液滴    ２２・・・撥インク層
２３・・・セル    ２４・・・液だれ
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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